LOS MODELOS EN LA CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS CONOCIMIENTOS EN FISICOQUÍMICA
ARÉVALOMORA, XÓCHITL; ORTEGAHERNÁNDEZ, ALFREDOy DOMÍNGUEZDANACHE, RAMIROE.
Facultad de Química, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México Ciudad Universitaria, Circuito Escolar s/n, México, D. F. 04510, México.
Palabras clave:Estrategia; Modelización; Didáctica; Ciencia; Aplicaciones.
OBJETIVOS
Incorporar la utilización de “modelos escolares y didáctico-científicos” a la construcción y evaluación de los conocimientos en Fisicoquímica, para los cursos básicos de las licenciaturas que se imparten en la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México.
MARCO TEÓRICO
La Fisicoquímica forma parte del grupo de conocimientos estructurales de las ciencias duras, lo que con- lleva un alto grado de dificultad para el proceso de enseñanza-aprendizaje.
Ante la imposibilidad de abordar en un curso regular, de cualquier asignatura, todos los conocimientos relacionados con los temas que en el programa se enlistan y habiendo recorrido, durante nuestra forma- ción y práctica como docentes, las distintas corrientes pedagógicas y didácticas, llegamos al convencimien- to de que la mejor manera de adquirir-transmitir y evaluar los conocimientos es mediante la autorregula- ción del aprendizaje y que la forma más eficaz de lograrla es mediante la aplicación, uso y diseño de mode- los que en principio se elaboren en las aulas.
EVALUACIÓN A TRAVÉS DE MODELOS
La secuencia lógica en el aprendizaje, concuerda con las etapas del desarrollo de los individuos, se transi- ta del realismo ingenuo (las cosas son como las vemos), al realismo interpretativo (los modelos que se nos han presentado son entes reales que en algún momento el avance tecnológico nos permitirá verlos), y final- mente se accede al constructivismo o relativismo que nos permite interpretar la realidad a partir de mode- los, magnitudes y conceptos que no necesariamente existen por si mismos, sino que se definen y cobran sentido dentro del marco de referencia de una teoría.
Llegamos así a la enseñanza por construcción, explicación y contrastación de modelos, asumimos que los alumnos no se enfrentan a los mismos problemas que en su día intentaron resolver los científicos, ya que además de abordarlos en un contexto diferente, disponen de las teorías y los modelos paradigmáticos ela- borados por aquellos.
Por otra parte, la función social de un docente no es la misma que la de un científico que es quien produ- ce conocimientos; nuestra labor es colaborar con los alumnos para que reconstruyan e incorporen los cono- cimientos de la ciencia, extrapolen esos conocimientos a los problemas que tendrán que resolver, interre- lacionando los distintos campos del saber para integrarlos metacognitivamente haciéndolos así, capaces de formular y responder a nuevas preguntas, lo que eventualmente les permitirá crear nuevos conocimientos.
El docente debe explicitar diversos modelos alternativos que se deben contrastar para comprender las dife- rencias conceptuales, los alcances y limitaciones de cada uno, incitando a los alumnos, en todo momento, a crear sus propios modelos para explicar la realidad mediante el ejercicio dialéctico de argumentar y con- tra argumentar para establecer la coherencia, solidez y alcance de los modelos propuestos, teniendo en mente que ningún modelo es autosuficiente y que en principio los modelos mentales no requieren ser téc- nicamente correctos, pero si deben ser funcionales, (Harrison y Treagust, 1996)
Según Jiménez Alexaindre y Sanmartí, (1997) los fines esenciales de la educación científica son:
1. El aprendizaje de conceptos y la construcción de modelos.
2. El desarrollo de destrezas cognitivas y de razonamiento.
3. El desarrollo de destrezas experimentales y de resolución de problemas.
4. El desarrollo de actitudes y valores.
5. La construcción de una imagen de la ciencia.
Al hacer un breve análisis de nuestra práctica docente creemos que la mayoría aceptaremos que: de los cinco puntos arriba listados sólo llegamos al aprendizaje de conceptos, resolución de ejercicios (que no pro- blemas), y desarrollo de algunas destrezas experimentales. El desarrollo de actitudes y valores no forma parte del currículo, aunque se da en forma no del todo intencional o consciente.
Es frecuente escuchar que no incluimos en nuestros cursos todos los conocimientos necesarios o deseables porque los alumnos no están motivados y así el avance del programa es muy lento; entonces primero debe- mos plantearnos la pregunta: ¿cómo motivar a los alumnos?. Según Claxton, 1984: “La motivación ante una tarea es el producto de la interacción entre dos factores: la expectativa de éxito y el valor concedido a ése éxito.”
En el ámbito familiar y en la educación básica se recurre con frecuencia a los premios y castigos, es decir a la motivación extrínseca, pero la educación universitaria sólo debe apoyarse en la motivación intrínseca, en la que el móvil del aprendizaje debe ser precisamente aprender.
“Motivar es cambiar las prioridades de una persona”, (Claxton, 1984), es decir, la motivación no es algo que está o no está en el aula, es un producto de la interacción social dentro de la misma. En consecuencia, una evaluación que ayude a regular el autoaprendizaje contribuirá poderosamente a la motivación intrín- seca, aquí está la enorme ventaja de evaluar a través de modelos.
DESARROLLO
¿Qué es y cómo se construye un modelo?
Según el National Research Council (1996), los modelos son esquemas o estructuras de prueba que corres- ponden a objetos reales, sucesos o clases de sucesos y que tienen poder explicativo.
Los modelos adquieren diferentes formas, planes, construcciones mentales, ecuaciones matemáticas y simulaciones por ordenador, incluyendo objetos físicos. Los modelos ayudan a comprender cómo funcio- nan las cosas. Para esto se requiere:
1. Observar las manifestaciones del hecho, fenómeno o sistema que se desea explicar con el modelo.
2. Descubrir, anotar y clasificar las regularidades de los distintos aspectos del sistema que se desea mode- lizar.
3. Crear analogías y/o metáforas que permitan visualizar en forma concreta lo que se pretende modelizar.
Una vez creado el modelo, se hace una predicción del fenómeno que se está modelizando, si los re s u l t a d o s no concuerdan, se modifica el modelo luego de mejorar críticamente cada etapa de la construcción, se hace una nueva predicción para verificar si con tales modificaciones las predicciones del modelo concuerdan con el hecho o re f e rente. Este es un proceso dialéctico en el que se asegura que cualquier modelo es perf e c t i b l e . El éxito de un modelo va a depender de la correspondencia que haya entre las manifestaciones del siste- ma real con los resultados provenientes del modelo generado. Al alentar al alumno a crear sus propios modelos acerca de fenómenos reales observables, se favorece la mejor comprensión de los modelos cientí- ficos, evitándose la confusión entre los modelos y la realidad, al mismo tiempo que se incrementa su inte- rés por aprenderla e interpretarla, lo que seguramente redundará en una mayor autonomía y así desarro- llar su creatividad.
¿Cómo evaluar?
Los alumnos deberán enfrentarse a los modelos conocidos o paradigmáticos para explicitarlos a través de sus propios modelos simplificados pero congruentes con los ya conocidos.
Los problemas que despierten su interés deberán ser abordados a través de modelos, basados en los exis- tentes o en modelos alternativos de su propia creación.
Deberán ser capaces de argumentar y contra argumentar sobre los modelos existentes, los de sus compa- ñeros y aún de los propios.
La evaluación surgirá durante este proceso (autorregulación) en el que al mismo tiempo se irá constru- yendo una imagen de la ciencia como conocimiento en evolución.
¿Dificultades?
Quizá el inducir en los alumnos cierto tipo de escepticismo con respecto a toda forma de conocimiento favorecería el desarrollo de una mentalidad abierta y crítica, características esenciales de un científico.
Si bien es cierto que solamente una fracción muy pequeña de la población universitaria culminará sus estu- dios como nuevos científicos, su formación es nuestra responsabilidad.
¿Cómo evitar las dificultades?
La integración jerárquica entre las distintas teorías y modelos, que se apoya en el contexto metacognitivo optimizará el proceso enseñanza autorregulación aprendizaje y el docente debe ser capaz de asumir los múltiples roles que este tipo de evaluación requiere.
Propuesta de enseñanza del Equilibrio Térmico a través de un modelo basado en analogías.
Como se dijo anteriormente, las analogías resultan útiles y atractivas para comprender conceptos que requieren de un alto grado de abstracción así como de conocimientos sólidos en el campo de la matemá- tica y de la física.
En el caso de la termodinámica, comprender los conceptos de temperatura, calor, capacidad térmica, capa- cidad térmica específica y equilibrio térmico, resultan complicados debido a que formalmente se requiere de una buena preparación en el campo de la matemática y de la física para abordarlos. Aunado a lo ante- rior, algunos de los conceptos involucrados ya tienen un significado coloquial que con mucha frecuencia se desvía o contrapone del “verdadero” que se desprende del estudio riguroso en el ámbito científico.
Conducir a los alumnos a través de una analogía recurriendo a algo más tangible, les permitirá construir un modelo semejante que explique el comportamiento de las variables en cuestión.
En los libros, regularmente se explica la capacidad térmica específica como la cantidad de calor dqque se suministra a un sistema para elevar la temperatura en un grado.
C = dq/dTCantidad de calor/(elevación de temperatura)
En algunos otros, se hace también referencia a la masa del sistema, así que la capacidad térmica específica queda explicada como la cantidad de calor que es necesario suministrar para producir un aumento en tem- peratura de un grado a un gramo de sustancia.
c = C/mCantidad de calor/(elevación de temperatura)(unidad de masa)
Si bien los conceptos que se manejan para explicar la capacidad térmica específica requieren de un estudio cuidadoso, la idea intuitiva que se maneja cotidianamente acerca de ellos debiera ser suficiente para expli- car este fenómeno.
La siguiente analogía puede auxiliar en la interpretación de la transferencia de energía en forma de calor y su relación con la temperatura, contacto térmico, la capacidad térmica y la capacidad térmica específica.
Considere el siguiente esquema:
Este sistema de vasos comunicantes permite establecer la analogía entre lo que ocurriría al abrir la llave con los dos recipientes conectados y los dos cuerpos que se encuentran en contacto térmico.
Considere las figuras 1a y 2a y haga una descripción de lo que ocurriría en cada cuestionamiento:
• ¿Cuál de los dos vasos tiene más agua?
• ¿Cuál tiene mayor altura de la columna de fluido?
• ¿Qué se requiere para que fluya el agua de un vaso a otro?
• ¿Qué es lo que hace que fluya el agua?
• ¿De dónde a dónde fluye el agua?
• ¿Qué ocurre con el flujo de agua pasado un tiempo?, ¿Cuál es la diferencia de niveles?
• Cuando ha cesado el flujo de fluido, ¿cuál de los dos vasos tiene más agua?
• ¿Qué variables son las que describen al sistema de vasos comunicantes?
• ¿Cuáles son las condiciones (restricciones), para que se dé el flujo del fluido?
• ¿Cómo se interrumpe el flujo del fluido?
• ¿Cuándo cesa el flujo del fluido?
• ¿Cuáles son las leyes que explican el flujo del fluido?.
Imaginemos que existen propiedades equivalentes que describen de manera similar a los dos sistemas (el de flujo y el térmico) y leyes que rigen también su comportamiento.
Sirva el ejemplo anterior para introducir el modelo de transferencia de calor cuando dos cuerpos se ponen en contacto térmico.
“Tomando como base el modelo del flujo de fluido formule una ley que describa el comportamiento del flujo de la propiedad equivalente en el sistema de cuerpos en contacto térmico.”
Esquema de la propuesta de enseñanza del Equilibrio Térmico a través de un modelo basado en Analogías:
¿Qué variables son las que describen al sistema de cuerpos en contacto térmico? (Construya una lista y establezca la correspondencia con el sistema de vasos comunicantes).
• ¿Cuál de los dos cuerpos tiene mayor masa?
• ¿Cuál de los dos tiene mayor temperatura?
• ¿Qué se requiere para que fluya energía de un cuerpo al otro?
• ¿Qué es lo que hace que fluya la energía?
• ¿De dónde a dónde fluye la energía?
• ¿Qué ocurre con el flujo de energía cuando ha pasado un tiempo? ¿Cuál es la diferencia de temperaturas?
• Cuando ha cesado el flujo de energía, ¿cuál de los dos cuerpos tiene más energía?
• ¿Qué variables son las que describen al sistema de cuerpos en contacto térmico?
• ¿Cuáles son las condiciones (restricciones), para que se dé el flujo de energía?
• ¿Cómo se interrumpe el flujo de energía?
• ¿Cuándo cesa el flujo de energía?
FIG. 2a FIG. 2b
CONCLUSIONES
El índice de reprobación se minimiza hasta ser prácticamente nulo ya que al aplicar este tipo de evaluación a través de modelos didácticos, surgen dificultades similares a las que se enfrentan cuando se pretende apli- car la enseñanza por investigación dirigida ya que derivan de las concepciones teórico-constructivistas de los profesores, mismas que son actualizadas durante la modelización.
La evaluación mediante modelos didácticos implica elegir los contenidos curriculares con ese enfoque pre- cisamente es decir, la forma en que se representa el conocimiento existente en un dominio dado y difiere del constructivismo en que, manteniendo el interés explicito en los conceptos esenciales, estos no se pre- sentan aislados para generar posteriormente los isomorfismos necesarios, sino que se presentan desde un principio como estructuras conceptuales complejas o modelos, que son los que dan sentido a cada uno de los conceptos y a las relaciones lineales y/o transversales de ubicación entre ellos.
Para dar una idea cabal de lo que es el conocimiento científico: saber en evolución, se suelen presentar modelos simplificados, los que posteriormente se integran jerárquicamente a través de la metacognición con lo que el proceso de aprendizaje se optimiza
BIBLIOGRAFÍA
1. HARRISON, A. G., TREAGUST, A. F. 1996. Secondary students mental models of atoms and molecules: Implications for teaching chemistry.Science Education, Vol. 80 (5) pp. 509-534
2. CLAXTON, G. 1984. Live and learn. Londres Harper and Row
3. JIMENEZALEIXANDRE, M. P., SANMARTI, N., 1997. ¿Qué ciencia enseñar: objetivos y contenidos de la educación secundaria. Editorial cuadernos de formación del profesorado de educación secundaria: Ciencias de la natura- leza. Barcelona. Horsori.
